Механика псевдоскладок, управляемая актуацией, в многостабильных оболочках оригами с криволинейными складками

Оболочки — это легкие несущие конструкции, повсеместно встречающиеся в природе и инженерии. Переконфигурируемые структуры могут изменять форму и функциональность, тогда как многостабильные позволяют осуществлять быстрые крупные изменения формы и сохранять деформированное состояние без постоянного ввода работы. В настоящей работе мы представляем общий метод проектирования многостабильных оболочек, вдохновленный оригами с криволинейными складками и дифференциальной геометрией разворачиваемых поверхностей. Через детальный анализ эталонной многостабильной оболочки мы показываем, что деформация в оболочке естественным образом концентрируется вдоль полосы, которую мы называем «псевдоскладкой». Мы анализируем влияние геометрических параметров на механическое поведение, чтобы дать интуитивное понимание механики, лежащей в основе многостабильности, при которой в оболочке конкурируют энергии изгиба и растяжения. Мы подтверждаем численные модели и выявленные закономерности экспериментами на образцах различной геометрии. Валидация охватывает приложения на разных масштабах и в различных формах, включая магнитно управляемого робота с криволинейной складкой, способного к морфингу, катанию, управлению направлением и ползанию. Наш подход обладает потенциалом для проектирования переконфигурируемых оболочек с заданной жесткостью, энергетическим барьером и формой в различных областях применения.